一种风电场区域雷电防护方法和装置与流程

本发明属于雷击防护领域，具体涉及一种风电场区域雷电防护方法和装置。

背景技术：

1、普通避雷针不具备提前接闪功能和侧击雷接闪能力，不能有效保护叶页遭受雷击，且超过有效高度为无效接闪高度，起不到保护效果，叶片接闪导流的方式，可提高叶片做为接闪装置，再通过传导的方式进行泄流，极容易造成叶片机械损伤，又无法减少雷电感应形成的高电位对机舱内电控设备放电，造成感应雷击事故，现有技术中，通过雷电拦截器可自动识别雷电的空间位置、吸引雷电并衰减雷击点电流、拦截直接雷击，通过拦截器来接闪雷电，减小感应雷电流和电磁对机舱内电控设备的损坏，再通过多脉冲电涌保护器的能量吸收，达到安全的防护，最大限度地保障设备和人员的安全，使损失降低到最小的程度。

2、如公告号为cn202310518182.0的中国专利，其公开了一种区域防雷方法、装置、设备及可读存储介质，本技术可以确定目标保护区域的地理环境参数和几何形状参数；并进一步依据所述目标保护区域的地理环境参数和几何形状参数，来确定所述目标保护区域的区域面积；还可以确定所述目标保护区域的雷击路径；以便可以依据所述目标保护区域的雷击路径以及所述目标保护区域的区域面积，确定所述目标保护区域的保护范围；在确定所述目标保护区域的保护范围之后，可以进一步在所述目标保护区域的保护范围内安装若干个目标避雷装置，以保护所述目标保护区域免受雷击。

3、但是上述方案存在以下不足：上述区域雷电防护方法需要提前根据风电场的地形和气候条件进行观测，以确定雷电拦截器的安装位置，但是在雷电拦截器的长期使用过程中，随着温室效应的加剧，风电场区域的气候可能会逐年发生变化，且雷电拦截器的使用性能与其是否维护得当起到正相关联系，现有区域雷电防护方法无法针对环境气候变化以及雷电拦截器的上行先导性能状态进行检测，如何对于雷电拦截器的使用状态进行方法检测和调整是当下需要改进的方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种风电场区域雷电防护方法和装置，以解决上述背景技术中存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种风电场区域雷电防护方法，包括：

3、采集风电场区域的地形数据参数dxcs和气候参数qhcs，确定风电场区域的雷击路径参数djlcs，并采集雷电拦截器的高度参数gdcs、上行先导状态参数sxzs和引导系统状态参数ydcs；

4、接收地形数据参数dxcs、气候参数qhcs和雷击路径参数djlcs并进行分析生成安装位置评价指数azwzs，接收高度参数gdcs、上行先导状态参数sxzs和引导系统状态参数ydcs并进行分析生成使用状态评价指数syzs；

5、获取安装位置评价指数azwzs和使用状态评价指数syzs并与对应评估阈值进行分析比对，判断是否需要对雷电拦截器的安装位置进行调整、雷电拦截器的上行先导状态因素是否受影响，若安装位置评价指数azwzs和使用状态评价指数syzs均在对应评估阈值范围内，表示雷电拦截器使用状态良好；

6、若安装位置评价指数azwzs和使用状态评价指数syzs中至少一个不在对应评估阈值范围内时，表示雷电拦截器的安装位置或使用状态需要进行调整。

7、优选的，所述地形数据参数dxcs包括地理坐标特征值dlzbt、地形高程特征值dxgct和地形特征值dxt，设定地形数据中观测点总数n＝(1、2…i…n)；地理坐标用经度和纬度表示，用以下公式表示，将地理坐标特征值表示为地形数据参数dxcs：

8、

9、其中表示第i个观测点的经度坐标，表示第i个观测点的纬度坐标；

10、地形高程用海拔数据表示，多个采样点或高程值使用统计量中平均高程pjgc、最大高程zdgc、最小高程zxgc任意一种方式，并用以下公式表示地形高程特征值dxgct：

11、dxgct＝(pjgc，zdgc，zxgc)

12、

13、zdgc＝max(n1、n2…ni…nn)

14、zxgc＝min(n1、n2…ni…nn)

15、其中n为第n个观测点，ni为第i个观测点的高程值，max(n1、n2…ni…nn)表示特定地区或数据集中的最高高程值，min(n1、n2…ni…nn)表示特定地区或数据集中的最低高程值；

16、地形特征包括地形类型，并用以下公式表示地形特征值dxt：

17、

18、其中与分别表示在地形类型中的中心位置对应值。

19、优选的，所述气候参数qhcs包括风电场的实时以及历史气象数据，具体包括气温参数qwcs、湿度参数sdcs、降水量参数jsls、气压参数qyc和雷电活动数据ldhds；

20、将气温参数qwcs、湿度参数sdcs、降水量参数jsls、气压参数qyc和雷电活动数据ldhds进行归一化分析并进行数值缩放处理，使气温参数qwcs、湿度参数sdcs、降水量参数jsls、气压参数qyc限定在范围(m1，m2)内，且m1与m2均为正数，m2＞m1；而雷电活动数据ldhds限定在范围(a1，a2)内，且a1和a2均为正数，a2＞a1，对气候参数qhcs的获取进行公式化处理得到如下：

21、

22、其中σ为影响因子，0.23≤σ≤0.78，设定气温参数qwcs、湿度参数sdcs、降水量参数jsls、气压参数qyc的阈值分别为当气温参数qwcs、湿度参数sdcs、降水量参数jsls、气压参数qyc中任意一个大于对应阈值时，气候参数qhcs的取值会对应增大；

23、如：

24、表示气温超过正常上限，对雷电生成产生有利影响；

25、表示区域空气湿度超过正常上限，对雷电生成产生有利影响；

26、表示区域降水量超过正常上限，对雷电生成产生有利影响；

27、表示区域气压超过正常上限，对雷电生成产生有利影响；

28、且当风电场区域具有雷电特征时，气温参数qwcs、湿度参数sdcs、降水量参数jsls、气压参数qyc数值均会超过对应阈值上限，且与阈值的差值越大，表明生成雷电程度越大；

29、分析地形数据参数dxcs，使用gis工具分析风电场并确定地形高度和识别雷击风险较高的地区，如山脉或高地雷电密集分布区域的划分，并基于地形数据参数dxcs、气候参数qhcs和雷电活动数据ldhds，建立一个模型来推算雷击路径，使用统计分析、气象学知识和地形学原理，以预测雷电活动在不同地点的概率分布，使用gis工具将所有数据集成在一起，生成雷击路径参数djlcs代表的雷击路径的地图或数据图表。

30、优选的，高度参数gdcs表示雷电拦截器的安装高度对应值，上行先导状态参数sxzs表示雷电拦截器的上行先导金属受到外界环境因素的腐蚀程度、表面积灰程度，具体根据腐蚀程度、表面积灰程度对雷电拦截器的上行先导金属的运行状态以(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)进行10等份表示，其中数值越大，表示运行状态越好；

31、引导系统状态参数ydcs以(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)进行10等份，其中数值越大，表示运行状态越好，状态参数包括雷电拦截器的电气状态和传感器状态。

32、优选的，设定安装位置评价指数azwzs的评估阈值为对地形数据参数dxcs、气候参数qhcs和雷击路径参数djlcs进行分析并获得如下关于安装位置评价指数azwzs的公式：

33、

34、其中θ为影响因子，0.21≤θ≤0.98，设定安装位置评价指数azwzs的评估阈值取值范围限定在(b1，b2)范围之间，且b2＞b1，b1和b2均为正数，当地形数据参数dxcs、气候参数qhcs和雷击路径参数djlcs中任意一个或多个组合代表的数值改变，导致评估阈值在范围(b1，b2)以外时，表示雷电拦截器的安装位置不足以应对区域的防雷电需求，需要对其位置进行调整，并通过外置报警模块向远程监控室报警；在数值范围(b1，b2)以内时不需要进行调整；

35、设定使用状态评价指数syzs的评估阈值为对高度参数gdcs、上行先导状态参数sxzs和引导系统状态参数ydcs进行分析并获得如下关于使用状态评价指数syzs的公式：

36、

37、其中ε为影响因子，0.31≤ε≤0.57，设定使用状态评价指数syzs的评估阈值取值范围限定在(c1，c2)范围之间，且b2＞b1，b1和b2均为正数，当高度参数gdcs、上行先导状态参数sxzs和引导系统状态参数ydcs中任意一个或多个组合代表的数值改变，导致评估阈值在范围(c1，c2)以外时，表示雷电拦截器的防雷效果不足以应对区域的防雷电需求，需要对其进行性能检测，并通过外置报警模块向远程监控室报警，在数值范围(c1，c2)以内时不需要进行调整。

38、根据所述方法的一种风电场区域雷电防护装置，包括：采集模块、处理模块和结果判断模块；

39、采集模块:采集风电场区域的地形数据参数dxcs和气候参数qhcs，确定风电场区域的雷击路径参数djlcs，并采集雷电拦截器的高度参数gdcs、上行先导状态参数sxzs和引导系统状态参数ydcs；

40、处理模块:接收地形数据参数dxcs、气候参数qhcs和雷击路径参数djlcs并进行分析生成安装位置评价指数azwzs，接收高度参数gdcs、上行先导状态参数sxzs和引导系统状态参数ydcs并进行分析生成使用状态评价指数syzs；

41、结果判断模块:获取安装位置评价指数azwzs和使用状态评价指数syzs并与对应评估阈值进行分析比对，判断是否需要对雷电拦截器的安装位置进行调整、雷电拦截器的上行先导状态因素是否受影响，若安装位置评价指数azwzs和使用状态评价指数syzs均在对应评估阈值范围内，表示雷电拦截器使用状态良好；

42、若安装位置评价指数azwzs和使用状态评价指数syzs中至少一个不在对应评估阈值范围内时，表示雷电拦截器的安装位置或使用状态需要进行调整。

43、与现有技术相比，本发明的有益效果是：获取安装位置评价指数azwzs和使用状态评价指数syzs并与对应评估阈值进行分析比对，判断是否需要对雷电拦截器的安装位置进行调整、雷电拦截器的上行先导状态因素是否受影响，若安装位置评价指数azwzs和使用状态评价指数syzs均在对应评估阈值范围内，表示雷电拦截器使用状态良好；

44、若安装位置评价指数azwzs和使用状态评价指数syzs中至少一个不在对应评估阈值范围内时，表示雷电拦截器的安装位置或使用状态需要进行调整。